Idrossilazione sinteticaModifica
L’installazione di gruppi idrossilici in composti organici può essere effettuata da vari catalizzatori metallici. Molti di questi catalizzatori sono biomimetici, cioè sono ispirati o destinati a imitare enzimi come il citocromo P450.
Mentre molte idrossilazioni inseriscono atomi di O in legami C-H, alcune reazioni aggiungono gruppi OH a substrati insaturi. La diidrossilazione di Sharpless è una reazione di questo tipo: converte gli alcheni in dioli. I gruppi idrossi sono forniti dal perossido di idrogeno, che si aggiunge attraverso il doppio legame degli alcheni.
Idrossilazione biologicaModifica
In biochimica, le reazioni di idrossilazione sono spesso facilitate da enzimi chiamati idrossilasi. Un legame C-H viene convertito in un alcool tramite l’inserimento di un atomo di ossigeno in un legame C-H. Le stechiometrie tipiche per l’idrossilazione di un idrocarburo generico sono queste:
2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O
Siccome lo stesso O2 è un agente idrossilante lento e non selettivo, sono necessari catalizzatori per accelerare il ritmo del processo e per introdurre selettività.
L’idrossilazione è spesso il primo passo nella degradazione dei composti organici nell’aria. L’idrossilazione è importante nella disintossicazione poiché converte i composti lipofili in prodotti solubili in acqua (idrofili) che sono più facilmente rimossi dai reni o dal fegato ed escreti. Alcuni farmaci (per esempio, gli steroidi) sono attivati o disattivati dall’idrossilazione.
Il principale agente di idrossilazione in natura è il citocromo P-450, di cui sono note centinaia di varianti. Altri agenti idrossilanti includono le flavine, le idrossilasi alfa-chetoglutarato-dipendenti e alcune idrossilasi di ferro.
Passi in un meccanismo di rimbalzo di ossigeno che spiega molte idrossilazioni catalizzate dal ferro: Astrazione dell’atomo di H, rimbalzo dell’ossigeno, decomplessazione dell’alcool.
Delle proteineModifica
L’idrossilazione delle proteine avviene come modifica post-traslazionale, ed è catalizzata dalle diossigenasi 2oxoglutarate-dipendenti. Quando le molecole sono idrossilate, diventano più solubili in acqua, il che influisce sulla loro struttura e funzione. Può avvenire su diversi aminoacidi, come la lisina, l’asparagina, l’aspartato e l’istidina, ma il residuo aminoacidico più frequentemente idrossilato nelle proteine umane è la prolina. Ciò è dovuto al fatto che il collagene costituisce circa il 25-35% delle proteine nel nostro corpo e contiene un’idrossiprolina in quasi ogni 3 residui nella sua sequenza aminoacidica. Il collagene consiste sia di residui di 3-idrossiprolina che di 4-idrossiprolina. L’idrossilazione avviene all’atomo γ-C, formando idrossiprolina (Hyp), che stabilizza la struttura secondaria del collagene a causa dei forti effetti elettronegativi dell’ossigeno. L’idrossilazione della prolina è anche una componente vitale della risposta all’ipossia attraverso i fattori inducibili dell’ipossia. In alcuni casi, la prolina può essere idrossilata invece sul suo atomo β-C. Anche la lisina può essere idrossilata sul suo atomo δ-C, formando idrossilisina (Hyl).
Queste tre reazioni sono catalizzate da enzimi molto grandi, multi-subunità, rispettivamente prolil 4-idrossilasi, prol 3-idrossilasi e lisil 5-idrossilasi. Queste reazioni richiedono ferro (così come ossigeno molecolare e α-chetoglutarato) per effettuare l’ossidazione, e usano l’acido ascorbico (vitamina C) per riportare il ferro al suo stato ridotto. La privazione di ascorbato porta a carenze nell’idrossilazione della prolina, che porta a un collagene meno stabile, che può manifestarsi come la malattia dello scorbuto. Poiché gli agrumi sono ricchi di vitamina C, ai marinai britannici venivano date le limette per combattere lo scorbuto durante i lunghi viaggi oceanici; per questo motivo venivano chiamati “limeys”.
Alcune proteine endogene contengono residui di idrossifenilalanina e idrossitirosina. Questi residui si formano a causa dell’idrossilazione della fenilalanina e della tirosina, un processo in cui l’idrossilazione converte i residui di fenilalanina in residui di tirosina. Questo è molto importante negli organismi viventi per aiutarli a controllare le quantità in eccesso di residui di fenilalanina. L’idrossilazione dei residui di tirosina è anche molto vitale negli organismi viventi perché l’idrossilazione a C-3 della tirosina crea 3,4- diidrossi fenilalanina (DOPA), che è un precursore degli ormoni e può essere convertito in dopamina.